不同发酵方式红茶品质差异性分析

周敬涛，朱珺语，2，李玉川，何畅，舒庆宁，封雯，邱力，倪德江*

（1.华中农业大学园艺林学学院，湖北武汉 430000；
2.湖北生态工程职业技术学院，湖北武汉 430200；
3.浙江绿峰机械有限公司，浙江衢州 324000；
4.利川星斗山红茶有限责任公司 湖北恩施 445400）

红茶属于全发酵茶[1]，汤色红亮，滋味醇厚，香气高甜，同时富含多种功能成分，具有预防糖尿病和心脑血管疾病等功效[2-5]。红茶的独特风味和保健作用离不开其丰富的内含成分，而发酵工艺是这些成分形成的最主要工序。影响红茶发酵品质的因素有细胞破碎率、温湿度、叶片含水量、氧气、发酵堆高、发酵时间等，其中温度、湿度、时间及氧气是较为关键的因素[1，6-7]。

国内外许多研究表明[8-9]，温湿度对发酵效果影响显著， 因此控制发酵环境的温湿度及其分布对红茶品质至关重要。此外，红茶发酵主要是以酶促氧化为主， 氧气含量对发酵效果的影响也十分重要。OWUOR 等[10]认为发酵过程中环境氧气浓度对发酵效果极为重要；

侯彦双等[11]发现红茶发酵只有在空气流动供氧充足情况下才能正常进行；
潘科等[12]研究发现与自然发酵相比，通氧能明显地加快工夫红茶发酵过程中叶面色泽的红变，促进红茶特征香气的形成，显著缩短发酵时间。

目前红茶加工中使用的所有发酵设备都是针对以上几种关键因素去设计的。

过去的传统发酵方式多为自然堆放发酵，由于环境因素无法被控制， 自然发酵具有很大的不稳定性，赵和涛[13]和曲凤凤等[14]通过研究发现发酵机发酵的红茶品质明显好于自然发酵。近年来，人们开始广泛采用简单的控温控湿的设备， 大多数加工厂装配了自制发酵房。较自然发酵而言，发酵房可以一定程度地控制环境中温湿度， 提高了发酵稳定性。但随着发酵房的普及，生产实践当中逐渐产生许多新的问题， 例如其温湿度在整个空间中分布不均匀[15]，同时为了保持一定温湿度就需要一定程度的密闭，因此空气流通性较差，含氧量分布不均匀。

这些问题容易导致发酵不均匀进而影响茶叶品质。

实验采用新式发酵机解决了在保证空气充足的同时满足温湿度的持续恒定[16]，其特殊设计保证了在温湿度恒定条件下连续不断使空气流动，达到均匀发酵的效果。文章比较了传统发酵房和新式发酵机两种发酵方式对红茶品质产生的影响，并初步讨论其原因，以期为红茶机械化加工提供一些新的思考。

1.1 试验材料

试验于2018 年4 月27 日进行。

原料采于江西省九江市修水县茶叶科学研究所，品种为宁州群体种，一芽一二叶占80%左右，带少量一芽三叶。

1.2 仪器设备

6CDCWD-200 型加温热风萎凋槽、6CRZ-45发酵机、6CTH-6.0 提香机， 浙江绿峰机械有限公司），6CR-55 型茶叶揉捻机、6CHB-3 链板式烘干机，浙江上洋机械有限公司。

AUY220 型电天平子分析（Shimadzu，日本），WSC-S 型测色色差计（上海精密科学仪器有限公司），722N 型可见分光光度计（上海菁华科技仪器有限公司），1260Infinity 型高效液相色谱仪（Agilent， 美国），DSQ-II 型气相-质谱联用仪（ThermoFisher，美国）。

1.3 不同发酵方式试验设计

将鲜叶置于加温热风萎凋槽，2 h 自然风之后加温，温度设置为35 ℃，中途翻叶，每次翻叶时称重，含水量达到60%下料。萎凋结束后茶叶充分回潮，回潮叶于揉捻机揉捻1.5 h（不加压1 h，轻压20 min，空揉10 min）。

揉捻叶解块后分成两份，送至传统自制发酵房和发酵机进行发酵， 分别置于竹制筛框和发酵机专门配置的铁制发酵框中，厚度10～15 cm，温度均设置为32 ℃、空气相对湿度95%、 发酵4.5 h。

发酵结束后于链板式烘干机130 ℃初烘，含水量降至20%～35%，摊凉回潮至少1 h，于提香机110 ℃烘至含水量约为5%左右。

试验重复三次，样品-20 ℃保存。

图1 不同发酵处理设备Fig.1 Different fermentation treatment equipment

1.4 试验方法

水分含量测定参照快速法 （GB/T 8304—2013）；

茶多酚含量测定参照福林酚比色法（GB/T 8313—2018）；
游离氨基酸含量测定参照茚三酮比色法（GB/T 8314—2013）；
茶黄素、茶红素、茶褐素理化检测方法参照系统分析法[17]；
可溶性糖含量测定参照蒽酮-硫酸比色法[17]。

茶黄素和儿茶素组分测定采用液相色谱法[18]。

1.5 挥发性成分含量测定

香气成分吸附， 顶空固相微萃取法 （HSSPME）。

萃取方法：
先将PDMS/DVB 萃取纤维在GC 进样口250 ℃老化0.5～1 h。

称取粉碎的每种茶样各1.00 g，放入20 mL 顶空瓶中，加入5 mL烧沸的过饱和NaCl 溶液浸提，加入癸酸乙酯内标200 μL（0.16 μL/100 mL）立即密闭瓶口，置于60℃水浴中，吸附时间60 min[19]。

色谱条件：
色谱柱为DB-5MS （30 mm×0.25 mm×0.22 μm），进样口温度230 ℃；
载气为高纯氦气，纯度≥99.99%，柱流量1.0 mL/min；
升温程序为初始温度45 ℃，后以7 ℃/min 升至80 ℃，不保持；
接着以2 ℃/min 升至90 ℃，保持2 min；
以3℃/min 升至100 ℃，保持2 min；
以3 ℃/min 升至1300 ℃保持2 min；
再以3 ℃/min 升至150 ℃；
最后以10 ℃/min 升至230 ℃保持5 min；

柱箱40.0℃，不分流进样。

质谱条件：离子源EI，电子能量70 eV，离子源温度230 ℃，质量扫描范围m/z 30～500。

GC-MS 分析得到的质谱经NIST08.L 标准谱库对比，根据质谱匹配度核对。

从特征离子、保留指数等综合比较，完成对化合物的鉴定，采用内标定量法，得到各组分的相对含量。

1.6 数据处理

2.1 不同发酵方式对感官品质的影响

表1 比较了不同发酵方式的红茶感官审评结果，发酵机处理的红茶外形紧结、乌黑油润，汤色红亮，香气鲜浓，滋味甜醇。

而发酵房发酵处理红茶外形紧结度稍差、色泽泛红，汤色红色度较低，香气较低闷、欠持久，滋味较闷涩。

发酵机发酵综合得分显著高于发酵房发酵。

这表明与发酵机相比，发酵房发酵的红茶风味品质更低。

表1 不同发酵方式的红茶感官审评结果Table 1 Sensory evaluation results of different fermentation methods

汤色色差测定结果如表2 所示， 不同发酵方式间红茶L* 值无显著差异。

发酵机处理a* 值显著高于发酵房处理，b*/a* 值则显著低于发酵房处理。

这说明两种不同发酵方式处理明亮度差异不显著，而红色度及红色度占比以发酵机处理较高，这与感官审评结果一致。

表2 不同发酵方式的汤色色差结果Table 2 Color differences of the different fermentation methods

2.2 不同发酵方式对理化品质的影响

不同发酵方式的理化分析结果如图1 所示，可以看出两种发酵处理的茶多酚含量无显著差异， 发酵机处理的可溶性糖含量略高于发酵房处理，但差异并不显著，发酵机处理的茶样游离氨基酸含量则显著高于发酵房处理。

茶黄素以发酵机发酵含量高，而茶褐素则是发酵房处理含量较高，茶红素差异并不显著。

理化指标结果与李文萃等[20]研究结果类似。

氨基酸与可溶性糖是红茶重要的呈味物质[21]，茶黄素的含量与红茶品质呈显著正相关[22]，茶褐素与红茶品质呈负相关，试验结果表明发酵机发酵对一些重要风味物质的转化与保留更为有利。

2.3 儿茶素和茶黄素组分差异

儿茶素及茶黄素各组分色谱图如图2 所示。主要的4 种茶黄素单体全部检出， 分别为茶黄素（Theaflavin， TF）、 茶 黄 素-3-单 没 食 子 酸 酯（Theaflavin-3-gallate， TF-3-G）、茶黄素-3"-单没食子酸酯（Theaflavin-3"-gallate， TF-3"-G）和茶黄素-3， 3"-双没食子酸酯 （Theaflavin-3， 3"-gallate， TFDG）；
而目前已知的8 种儿茶素单体只检出5 中，分别为儿茶素（Catechin， C）、表儿茶素（Epicatechin， EC）、没食子儿茶素（Gallocatechin，GC）、 表儿茶素没食子酸酯 （Epicatechin gallate，ECG）和表没食子儿茶素没食子酸酯（Epigallocatechin gallate， EGCG）， 未检出的3 种单体可能是由于发酵使其较多地转化为茶黄素和茶红素等其他物质，导致其含量在检测限之下而未检出。

图1 不同发酵方式的理化分析结果Fig. 1 Chemical analysis results of different fermentation methods

图2 茶黄素和儿茶素高效液相色谱图Fig. 2 High performance liquid chromatography of theaflavins and catechins

各组分具体含量如表3 所示， 发酵机发酵处理EC 和EGCG 含量显著高于发酵房处理， 但C和ECG 含量则低于发酵房处理，GC 含量无显著差异，且两处理间儿茶素总量无显著差异。结果显示不同发酵方式对于不同儿茶素单体转化途径有不同的影响。

茶黄素是决定红茶品质的关键物质， 发酵机发酵TF、TF-3’-G 含量显著高于发酵房发酵处理。另外两种组分差别并不显著。总量以发酵机处理较高，这表明发酵机发酵有利于茶黄素的积累。

表3 不同发酵方式的儿茶素和茶黄素组分变化（单位：mg/g）Table 3 Changes of catechins and theaflavins components in different fermentation methods（Unit:mg/g）

2.4 不同发酵方式对香气品质的影响

香气品质是红茶独特风味重要体现， 由审评结果可知， 发酵房发酵方式在香气感官方面存在明显不足。

这说明不同的发酵方式会导致红茶香气成分种类及含量发生很大的变化。

图3 显示了不同发酵方式对香气成分种类含量的影响， 两种发酵方式的红茶香气都以醇类物质为主，分别占香气总量的53.7%和50.8%，醇类物质是香气的主要成分， 是红茶香气感官中体现“花香”的物质成分[23]。发酵机醇类物质含量略高于发酵房发酵，但差异并不显著。

烷烯烃类香气成分是红茶中一类重要的香气成分，尤其是萜烯类，具有特殊香味[24]，以发酵房发酵的茶样居多。

这种差异可能是由于发酵房氧气供应不充足， 使得萜烯类氧化转化程度较发酵机处理低。

此外，两种处理酯类香气物质差异较大，且发酵机处理酯类物质含量显著高出发酵房70.7%，酯类物质通常具有非常强烈而令人愉悦的花香[22]，是红茶香气品质好的表现。

发酵房处理酸类物质显著高于发酵机发酵，这可能导致红茶香气品质下降。醛酮类物质是红茶香气重要特征成分，多由不饱和脂肪酸和醇类物质在发酵过程中氧化产生[25]，不同发酵方式处理的醛酮类物质含量差异并不显著。从对香气品质有重要贡献的醇类和酯类物质来看， 发酵机发酵香气品质更好。

图3 不同发酵方式对香气成分种类含量的影响Fig. 3 Effects of different fermentation methods on the content of aroma components

表4 显示了不同发酵方式对香气成分的影响，共鉴定出可分类香气物质61 种。

发酵房和发酵机处理均以醇类物质含量居多， 芳樟醇及其氧化产物和香叶醇占据醇类物质主导地位， 分别占香气物质总量的47.5%和48.8%， 其中香叶醇为含量最高的物质， 分别占到醇类物质总量的58.9%和54.9%， 占全部香气成分的31.7%和27.8%，在两处理间差异不显著。在醇类物质中，芳樟醇及其氧化物含量仅次于香叶醇， 且两处理间差异显著， 发酵机处理芳樟醇含量高出发酵房75.1%，芳樟醇及其氧化物含量有利于红茶香气品质[26]。

橙花叔醇、苯甲醇、松油醇同样是重要的香气成分，从它们含量来看，橙花叔醇含量以发酵房发酵显著高，苯甲醇、松油醇含量差异不显著。

从醛酮类香气成分含量来看，含量较高的主要有β-紫罗酮、香叶基丙酮、柠檬醛、橙花醛等，其中β-紫罗酮、 香叶基丙酮含量以发酵房发酵含量显著高，柠檬醛、橙花醛以发酵机发酵处理显著较高。酯类物质中，水杨酸甲酯、己酸-顺-3-己烯酯、乙酸乙酯、 苯甲酸-顺-3 己烯酯含量占酯类物质含量较高，水杨酸甲酯、己酸-顺-3-己烯酯含量都约占脂类物质的27%和40%，发酵机处理水杨酸甲酯、己酸-顺-3-己烯显著高出发酵房处理。

综上，不同发酵处理对红茶香气物质的影响是显著的，并且造成了不同的转化途径， 进一步影响了香气品质。

表4 不同发酵方式对香气成分的影响（单位：ng/g，干重）Table 4 Effects of different fermentation methods on aroma components （Unit：ng/g）

续表

发酵房是在较大且空气流通较差的空间中使用空调和加湿器等设备进行温湿度控制， 为了保证一定的温湿度，空气流动就不能过快，往往使得发酵环境温湿度分布不均匀且氧气供应不足。

新式发酵机将湿热装置与发酵室相连， 利用平压原理使湿热装置产生的热湿气能够输送至发酵室，在湿热气体分散的过程中伴随着新鲜空气的流入[16]， 使得发酵室在温湿度恒定条件下依然能连续不断保证空气流通，以保证供氧充足。可能是由于这两种不同的原理导致制得的红茶风味产生较大差异。

感官审评表明，两种处理外形条索略有差异，可能是由于发酵环境湿度造成的， 揉捻完成之后的叶片含水量依然较高，具有一定弹性[27]，湿度差异可能会影响发酵过程中发酵叶失水的程度，一定程度上影响紧结度， 这样的差异说明发酵房对于湿度的控制较发酵机差。同时，发酵机发酵始终保持一定程度的氧气浓度， 而充足的氧气更有利于红色物质的形成[12，28]，所以发酵机发酵更容易使得物质转化途径朝着有利于红汤品质进行，保持茶汤红亮特征， 与感官审评及色差测定结果一致。

发酵机发酵处理茶样滋味、 香气均显著好于发酵房发酵处理。

这与理化指标及香气物质含量测定结果具有一致性。

发酵机发酵的各种主要成分，如氨基酸、可溶性糖、茶黄素、儿茶素等主要呈味物质，均较发酵房处理高，这表明发酵机处理对红茶滋味品质形成更为有利， 同时也反映出在发酵过程中， 温湿度的不均衡以及氧气的缺乏更容易使物质朝其他途径转化。

从对香气成分测定可以看出，发酵机处理含量较多的香气物质如醇类、酯类对红茶香气品质极为有利， 这是因为醇类物质和酯类物质被认为具有显著的花果香[22，29]，尤其是酯类物质差异显著，已有研究表明，充足的供氧更易使得特征香气形成[30]。

从具体香气物质来看，尽管两种发酵方式香气物质种类差距不大，但香气物质含量却显示出显著不同， 发酵机含量较高的一些物质，如香叶醇、芳樟醇及其氧化物、水杨酸甲酯、己酸-顺-3-己烯酯、己酸-反-2-己烯酯等[26]对红茶香气品质极为有利。

对香气有不良作用的化合物如反反-2，4-庚二烯醛、反-2-辛烯醛等物质以发酵房发酵显著多[22]。

温湿度和氧气，尤其是氧气对香气物质合成和转化途径有很大影响[30-31]。

从试验结果来看，在两种不同发酵模式下，发酵机恒温恒湿供氧充足的发酵效果要优于发酵房发酵。从红茶加工发展来看，发酵机械化是必然趋势， 新式发酵机的红茶品质可能更优于传统发酵房方式。

未来需要进一步研究不同发酵方式之间微环境的差异如何影响发酵进程中的物质转化。